动作捕捉系统的技术对比

技术对比

上世纪七、八十年代，动作捕捉开始是作为生物力学研究中的摄影图像分析工具，随着技术的日渐成熟，该技术开始拓展到教育、训练、运动、电脑动画、电视、电影、视频游戏等领域。使用者在各个关节处配备有标记点（Marker），通过标记点间位置和角度的变化来识别动作。

动作捕捉系统有机械链接、磁传感器、光传感器、声传感器和惯性传感器。每种技术各有优点，但不论何种技术，用户都会受到某些限制。

● 光学式使用光学感知来确定对象的实时位置和方向。光学式设备主要包括感光设备（接收器）、光源（发射器）以及用于信号处理的控制器。感光设备多种多样，例如普通摄像机、光敏二极管等。光源可以是环境光，也可以是结构光。为了防止可见光的干扰，通常采用红外线、激光等作为光源。由于光的传播速度很快，因此光学式设备显著的优点是速度快、具有较高的更新率和较低的延迟，较适合实时性强的场合，在小范围内工作效果好。红外被动光学式动捕工作原理：多个相机组成的捕捉空间，相机上的近红外LED照射目标物上的反射标记点（上图中周围的一圈光源就是近红外光源），相机对标记点进行红外成像，提取标记点的二维信息，通过多个相机对同一标记点反馈的空间数据，计算出Marker点的三维位置信息，动捕系统将完成对表演者的动作连续拍摄、图像存储、分析、处理，完成对运动轨迹的实时记录。

● 惯性式通过盲推得出被跟踪物体的位置，也就是说*通过运动系统内部的推算。优点是不存在发射源、不怕遮挡、没有外界干扰，有无限大的工作空间。缺点是快速积累误差。 [6] 

● 机械式是比较古老的跟踪方式，使用连杆装置组成。是价格比较便宜、准确度较高和响应时间短的系统。它可以测量物体整个身体运动，没有延迟，而且不受声、光、电磁波等外界干扰。另外，它能够与力反馈装置组合在一起。缺点是比较笨重，不灵活，而且有惯性。由于机械连接的限制，其工作空间也受到一定的限制，而且工作空间中还有一块中心地带是不能进入的，俗称机械系统死角，使机械设备不能进入。

● 电磁式利用磁场的强度进行位置和方位跟踪。一般包括发射器、接收器、接口和计算机。优点是不存在遮挡问题，接收器与发射器之间允许有其他物体，也就允许用户走动。相对于其他运动捕捉设备，它的价格较低、精度适中、采样率高（可达120次/秒）、工作范围大（可达60m），允许多个磁跟踪器跟踪整个身体运动，并且增加了跟踪运动的范围。缺点是易受电子设备、铁磁场材料的干扰，可能导致磁场变形引起误差。测量距离加大时误差增加，时间延迟交大（33ms），有小的抖动。